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王凱軍:從好氧顆粒污泥發(fā)展看科研的基因和終極目標是什么?

來(lái)源:JIEI創(chuàng )新實(shí)驗室更新時(shí)間:2022-09-05

編者按:為什么好氧顆粒污泥技術(shù)、厭氧氨氧化等幾項被譽(yù)為改變水處理技術(shù)格局的關(guān)鍵技術(shù)都源自荷蘭?為什么荷蘭人敢說(shuō)他們是用顆粒污泥處理污水的?為什么只有荷蘭成功將好氧顆粒污泥技術(shù)進(jìn)行了大規模的產(chǎn)業(yè)推廣?

清華大學(xué)王凱軍教授在2019環(huán)保產(chǎn)業(yè)創(chuàng )新發(fā)展大會(huì )高峰論壇上的發(fā)言給出了答案。他從科研導向和創(chuàng )新傳承兩個(gè)角度綜合思考這些問(wèn)題,系統回顧了水污染控制技術(shù)的線(xiàn)性發(fā)展歷程,并追溯了好氧顆粒污泥技術(shù)的發(fā)展與技術(shù)關(guān)鍵。通過(guò)獨特視角,帶領(lǐng)大家從好氧顆粒污泥看科研的基因,并指出只以文章為導向而不以工程需要為導向是一個(gè)科研誤區。

(本文根據其發(fā)言整理,未經(jīng)本人審閱)

關(guān)于好氧顆粒污泥,我們忍不住思考:為什么我們在SCI論文全球稱(chēng)雄的同時(shí),產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展卻甚微?這個(gè)現象背后,則是更深刻的問(wèn)題:科研的目標和終點(diǎn)在哪里?可能在工程上,可能在企業(yè)上,但肯定不在SCI上。

水污染控制技術(shù)的發(fā)展趨勢

問(wèn)題導向的污水處理技術(shù)發(fā)展歷史

從污水處理技術(shù)的發(fā)展歷史看,1900年之前污水處理技術(shù)重點(diǎn)解決的是公共衛生問(wèn)題;1914年活性污泥法誕生,主要為了解決引起河道黑臭的耗氧物質(zhì)(BOD和氨氮)問(wèn)題;上世紀90年代起,人們開(kāi)始關(guān)注水體富養化問(wèn)題,從而進(jìn)行除磷脫氮工藝研究;接著(zhù)到21世紀初的水資源短缺、微污染、微塑料問(wèn)題等等。隨著(zhù)水污染問(wèn)題的不斷提出,污水處理技術(shù)流程也在不斷增加,使得系統越來(lái)越復雜,處理成本越來(lái)越高,系統的安全性自然隨之降低。

水處理技術(shù)的發(fā)展理念:工藝綜合性

與污水處理工藝糖葫蘆串式的線(xiàn)性發(fā)展模式不同,我們能否更加追求系統的綜合性?膜技術(shù)的出現,給出了這種可能性。它解決了過(guò)濾與沉淀一體化的問(wèn)題,使技術(shù)相對綜合,工藝流程相對簡(jiǎn)化,主要靠膜的精細過(guò)濾和濃縮,MBR工藝具有反應高效、出水水質(zhì)好,省掉二沉池,節省占地等優(yōu)點(diǎn),污泥濃度可保持8-10g/L。

國外好氧顆粒污泥用的新型反應器由于是顆粒污泥,其污泥量大于10g/L,污泥濃度甚至能達到15g/L,生物量大,可以同時(shí)解決有機物、氮、磷去除問(wèn)題,出水水質(zhì)良好。此外,系統高效,沉降速度快,省掉了二沉池,占地面積小,可與MBR相媲美。

好氧顆粒污泥的發(fā)展

事實(shí)上,2000年荷蘭就啟動(dòng)計劃研究新技術(shù)和高標準出水工藝,首選了MBR技術(shù),也同時(shí)研究好氧顆粒污泥。當時(shí)建設了四個(gè)MBR廠(chǎng),最近這四個(gè)MBR廠(chǎng)因為各種原因都被關(guān)停了。有人說(shuō)關(guān)停了并不是因為MBR技術(shù)不好,但無(wú)論怎樣,這個(gè)結果說(shuō)明了什么?說(shuō)明在這一輪的競爭里,荷蘭好氧顆粒污泥技術(shù)取代了MBR這條技術(shù)路線(xiàn)。目前在荷蘭已有將近10個(gè)污水處理廠(chǎng)采用了好氧顆粒污泥工藝。好氧顆粒污泥工藝不得不說(shuō)是荷蘭工程界帶給世界的又一個(gè)驚喜。

顆粒污泥的發(fā)現與傳承

荷蘭人常說(shuō)他們是用顆粒污泥的方式處理污水,為什么這么說(shuō)?首先來(lái)追溯厭氧顆粒污泥的發(fā)現。1972年,Lettinga在處理甜菜廢水的6 m3/d的UASB中試裝置中發(fā)現了顆粒污泥。1975年,在 WUR 開(kāi)始全面系統的研究污泥顆?;F象??梢哉f(shuō),在厭氧工業(yè)廢水上,他們最早發(fā)明和應用了厭氧顆粒污泥技術(shù),全世界高濃度工業(yè)廢水采用厭氧顆粒污泥的方式(UASB或EGSB)來(lái)進(jìn)行處理。荷蘭科學(xué)家不僅發(fā)現了著(zhù)名的厭氧氨氧化現象,第一個(gè)生產(chǎn)性的厭氧氨氧化顆粒污泥裝置也是荷蘭人做出來(lái)的。荷蘭Paques公司在10多年在中國沈陽(yáng)的紅梅味精廠(chǎng)建成了全球最大的同步厭氧氨氧化裝置,反應器池容11000m3,每天處理80噸NH4-N。荷蘭還有生物脫硫顆粒污泥技術(shù)。荷蘭是第一個(gè)也是世界上唯一一個(gè)對好氧顆粒污泥技術(shù)實(shí)現了工業(yè)化的國家。從厭氧顆粒污泥到厭氧氨氧化顆粒污泥再到好氧顆粒污泥,因此,荷蘭人有足夠的自信說(shuō)“荷蘭是用顆粒污泥的方式處理污水的”。為什么好氧顆粒污泥在荷蘭這么受歡迎呢?2013年我到荷蘭參觀(guān)現場(chǎng),從在線(xiàn)儀表上看其處理后水質(zhì)非常好,總磷可達到0.09mg/L、總氮可達到7.9mg/L。據管理人員介紹這還是沒(méi)有加優(yōu)化的結果,優(yōu)化之后總氮、總磷效果會(huì )更好。文獻報道第一個(gè)三萬(wàn)噸規模的污水處理廠(chǎng)的數據顯示,冬季總氮小于8mg/L,夏季小于5mg/L,出水水質(zhì)非常好。2015年,在荷蘭鹿特丹建成了一個(gè)幾十萬(wàn)噸的污水廠(chǎng),用傳統工藝達到非常好的出水水質(zhì),然而該廠(chǎng)被荷蘭人認為自建成之后就落后了。原因何在?因為采用好氧顆粒污泥技術(shù)以后,可節省土地70%,節省能耗30%。

全球好氧顆粒污泥文獻調研

事實(shí)上,好氧顆粒污泥并不是一個(gè)新的發(fā)現。從上世紀70年代發(fā)現厭氧顆粒污泥后,就不斷有培養好氧顆粒污泥的嘗試和報道。我們通過(guò)調研全世界范圍內與好氧顆粒污泥有關(guān)的研究后發(fā)現,從2000年至2019年近20年時(shí)間全球共發(fā)表與好氧顆粒污泥有關(guān)的文章3000多篇,其中中國就有1000多篇。假設平均一家研究機構可發(fā)表10篇論文,則表示有300多家機構在研究好氧顆粒污泥,其中中國則至少100家??梢哉f(shuō),中國關(guān)于好氧顆粒污泥技術(shù)的研究文章在世界上遙遙領(lǐng)先。這應該是以SCI為導向的一個(gè)典型案例,大多數研究者為發(fā)論文而發(fā)論文。然而,目前國際上卻只有荷蘭Mark團隊一家研究機構取得了突破。這是值得我們認真思考的一個(gè)問(wèn)題:為什么顆粒污泥均是由荷蘭人率先發(fā)現和應用的?

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